Produktentwicklung Visual Aid: Design

Dies ist der dritte von vier Artikeln zur Entwicklung physikalischer Produkte. Wenn Sie Teil 1: Eine Idee formulieren oder Teil 2: Design verpasst haben, lohnt es sich, sie zu lesen. In Kürze können Sie mit Teil 4: Validierung fortfahren. Gepostet von: Ben Einstein. Die Originalübersetzung wurde von den Teams des FABINKA Fablab und des HAND- Projekts angefertigt.

Teil 3: Design

Jeder Schritt in der Entwurfsphase (Entwicklung technischer Anforderungen, Erstellung eines funktionierenden Prototyps, Programmierung von Firmware / Software) ist erforderlich, um sicherzustellen, dass das Produkt zuverlässig funktioniert und die Produktionskosten optimal sind. Das Ergebnis des technischen Entwicklungsprozesses ist ein Prototyp, der ordnungsgemäß funktioniert, jedoch noch keine guten Benutzereigenschaften (UX) aufweist und optisch nicht zu edel ist. Engineering und Produktdesign gehören fast immer zusammen.


Abbildung 3.1 Produktdesignschritte

Technische Spezifikation

Einer der besten Indikatoren für ein gut gestaltetes Produkt ist das Detail der technischen Dokumentation.


Abbildung 3.2 Ort der Bildung technischer Anforderungen im Produktentwicklungszyklus

Produktspezifikationen („Spezifikation“) sind ein wichtiges Dokument beim Erstellen eines physischen Produkts. Während viele Startups jede Art von Dokumentation für unnötig und kostspielig halten, habe ich gesehen, wie Unternehmen Monate und Zehntausende von Dollar verloren haben, weil sie die technischen Anforderungen nicht im Detail durchdacht haben.


Abbildung 3.3 Technische Anforderungskategorien

Die Anforderungen für die meisten Produkte lassen sich anhand von sieben Hauptbereichen identifizieren:

• Kommerziell und regulatorisch - Verkaufsländer und empfohlener Einzelhandelspreis (UVP, UVP, vom Hersteller empfohlener Verkaufspreis), regulatorische Anforderungen, akzeptable Gewinnstruktur, Produktaktualisierungsplan (Ende der Lebensdauer, Ende der Lebensdauer, EOL)
• Hardware und Sensoren - ein vollständiges Diagramm des Hardwaresystems, eine Liste der Hauptkomponenten gemäß Spezifikation (Stückliste, Stückliste), Anforderungen an Sensoren
• Elektronik - Kartengröße (Leiterplatte, Leiterplatten), Speichergröße, Prozessor- und Kommunikationsanforderungen, Größe / Lebensdauer / chemische Zusammensetzung der Batterien
• Firmware und Bibliotheken - Betriebssystem oder eingebettete Umgebung, die von Firmware verwendet wird, API-Spezifikationen, Anforderungen an externe Bibliotheken
• Software und Netzwerk - Software-Stack und Entwicklungsumgebung, Anforderungen an die Serverinfrastruktur, SCM-Pläne (Software Configuration Management), Fehlerbehandlung
• Haltbarkeit und Verpackung - Anforderungen an die Lebensdauer , Lebensdauer verschiedener Teilsysteme, Verpackungsanforderungen
• Ökologie und Betrieb - Betriebstemperaturen und Luftfeuchtigkeit, Beschreibung der Betriebssicherheit, Einstellungen und Toleranzen, Anforderungen an Rückgabe- / Austauschprozesse, Anforderungen an den Kundendienst und Ersatzteile

Abbildung 3.4. Beispiel für formulierte technische Anforderungen

Viele große Unternehmen sind auf Berge von Dokumentationen angewiesen. Diese Berge von Dokumenten werden normalerweise wiederholt zertifiziert und sind voller Tabellen mit allen möglichen Details. Obwohl dies für bestimmte Arten von Produkten erforderlich ist, ist dieser Ansatz für die meisten schnellen und flexiblen Unternehmen unpraktisch.


Abbildung 3.5 Beispiel einer Arbeitsspezifikation der technischen Anforderungen

Ich finde es effizienter, sich auf eine funktionierende Spezifikation zu verlassen. Ein solches Dokument wird normalerweise online freigegeben (z. B. in Google Drive) und in mehrere Anforderungsgruppen zerlegt. Viele Unternehmen aktualisieren dieses Dokument ständig, um das Verständnis der Produktanforderungen zu verbessern. Es wäre eine gute Idee, über alle möglichen Anforderungen an das Produkt nachzudenken und diejenigen zu markieren, die Sie noch nicht kennen, aber herausfinden müssen (fett und mit dem Hinweis „angeben“).

Funktionierender Prototyp

Wenn Sie genügend Informationen in die Arbeitsspezifikation eingeben, wird es an der Zeit, jede Anforderung mit einer technischen Lösung zu beantworten. Zu diesem Zweck wird ein Prototyp erstellt, der möglicherweise anders als das Produkt aussieht, jedoch als Produkt funktioniert und alle Spezifikationsanforderungen erfüllt.


Abbildung 3.6 Erstellungsort eines funktionierenden Prototyps im Produktentwicklungszyklus

Ein funktionierender Prototyp wird erstellt, um viele Fragen zu beantworten, die sich bei der Entwicklung technischer Anforderungen stellten: Grundfunktionen, Komponentenauswahl, Leiterplatten, Mechanik, Produktgefühl und Montage.


Abbildung 3.7. Iterationen des Bracket-Designs zur Bereitstellung grundlegender Funktionen

Die meisten Produkte verfügen über eine „Kernfunktionalität“, die für die Leistung des Produkts von entscheidender Bedeutung ist. Für DipJar liest es eine Karte und führt eine Transaktion durch. Auf dem Foto oben können Sie sehen, wie sich das Design der Halterung für den Kartenleser geändert hat und welche Designoptionen während der Entwicklung getestet wurden: (von links nach rechts) von der gröbsten Halterung, die auf einem 3D-Drucker gedruckt wurde, bis zu einem Prototyp, der mit einer Form erstellt wurde. Der Lesekopf wurde auch geändert, nachdem die optimale Montagemethode für ein stabileres Lesen des Magnetstreifens der Karte bestimmt worden war.


Abbildung 3.8 Komponentenauswahl: Beispiel für die Lautsprecherauswahl

Die Auswahl der Komponenten kann mehrere Monate dauern, bis sie ausgewählt und qualifiziert (getestet) sind, um sicherzustellen, dass sie den Anforderungen an Funktionalität und Zuverlässigkeit entsprechen. Auf den Fotos oben sind mehrere Lautsprechermodule zu sehen, die DipJar getestet hat, um die Kombination aus Preis, Klangqualität, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit / Liefergeschwindigkeit zu optimieren.


Abbildung 3.9 Entwicklung der DipJar-Leiterplatte

Wenn Ihr Produkt über eine Leiterplatte verfügt, sind vor dem Start der Massenproduktion etwa 5 bis 10 Verbesserungen erforderlich. Der Board-Entwicklungsprozess beginnt mit der Auswahl der Komponenten, dann - Breadboard-Design (Breadboards, links) und dann - Erstellen einer Reihe von Factory-Boards. Das Haupt-DipJar-Board durchlief 6 Iterationen, bevor es erstmals von einem Vertragshersteller (CM, Contract Manufacturing) in Produktion ging.


Abbildung 3.10 Arbeiten mit dem DipJar-Gehäuse

Alle Komponenten und Platinen müssen geschützt werden. Wenn in diesem Fall Metall verwendet wird, erfordert die Arbeit damit oft einen langen Entwicklungszyklus. Der externe DipJar-Fall dauerte also mehrere Monate.


Abbildung 3.11 DipJar-Kunststoffteile

Fast jedes Produkt, mit dem ich gearbeitet habe, hatte mindestens ein Kunststoffteil. Geformte Kunststoffteile erfordern normalerweise 8-12 Wochen Entwicklungs- und Fehlerbehebung, daher müssen Sie deren Design und Konstruktion so schnell wie möglich entwickeln. Das obere Bedienfeld des DipJar hat sich von extrem schwierig links zu der endgültigen Version rechts geändert. Viele Parameter wurden optimiert: zuvor Design, Wandstärke, Umfang, Vorsprünge für Befestigungselemente, Kühlkörper, Optik, Verarbeitungstextur, strukturelle Festigkeit.


Abbildung 3.12 Gewichtungsmittel, um ein Produktgefühl zu erzeugen

Das „Gefühl“ des Produkts ist ebenfalls sehr wichtig. Viele Produkte verwenden Innengewichte oder verdicken die Wände, um ein taktiles Gefühl zu erzeugen, das dem Erscheinungsbild entspricht. DipJar hat einen relativ hohen Schwerpunkt und daher wird seine Basis mit einem lasergeschnittenen Stahlgegengewicht beschwert. In der zweiten Charge wurde das Stahlgegengewicht durch Aluminium ersetzt, um die Kosten zu senken.


Abbildung 3.13 Montage

Nach Auswahl der einzelnen Komponenten, Entwurf der Kunststoffteile und Überarbeitung der Platinen ist es wichtig, die Produktkollektion zu bewerten. In den frühen Stadien eines funktionierenden Prototyps reicht eine Antwort auf die Frage, ob das Produkt zusammengebaut ist oder nicht. Je näher das Produkt an der Massenproduktion liegt, desto wichtiger ist es, sich auf mögliche Montagefehler zu konzentrieren und die Kosten und die Zeit der Produktion zu optimieren. Das Baugruppendesign umfasst auch die Planung des Kabelmanagements, die Auswahl von Klebstoffen, Befestigungselementen, Nivellierungs- und Positionierungselementen, Abstände und die Zugänglichkeit von Teilen.

Firmware und Software (Firmware und Software)

Fast alle Produkte, in die Bolt investiert hat, verfügen sowohl über Firmware als auch über Software. Leider sollte diese Arbeit normalerweise nach der Erstellung des Prototyps durchgeführt werden, da die Software vom Betrieb der Hardware des Produkts abhängt.


Abbildung 3.14 Position der Firmware- und Softwareentwicklung im Produktentwicklungszyklus

Elektrotechniker und Spezialisten für eingebettete Systeme verwenden bei der Arbeit an Firmware verschiedene Entwicklungsansätze und -sequenzen. Der gängigste Bottom-up-Ansatz.


Abbildung 3.15 Firmware und Software

Der Prozess beginnt auf der untersten Ebene (Hardware) und geht bis zur Web-Software:

1. Hardwaretest - Erstellung von Grundfunktionen zur Überprüfung des korrekten Betriebs von Karten und Schaltkreisen. Um die Hauptprobleme der ersten Revision zu finden, werden Firmware-Upload, zyklisch versorgte Stromversorgung, blinkende LEDs, Stromversorgung für Kommunikationstools usw. verwendet.

2. Befehle - Überprüfung aller digitalen Komponenten (I2C, SPI, USB, serielle Busse usw.) Dies ist der Hauptfunktionstest, der sicherstellt, dass die Komponenten die richtigen Antworten geben.

3. Funktionen - Packen jedes Befehlssatzes und jeder logischen Sequenz in benutzerdefinierte Funktionen. Im Fall von DipJar besteht die Hauptfunktion darin, den Betrag in Dollar einzugeben und auf der LED-Matrix anzuzeigen.

4. Bibliothek - die Entwicklung von Gruppen von Funktionen, die zusammen und voneinander abhängig sind. Zum Beispiel alle Anzeigefunktionen oder alle Modemfunktionen.

5. Steuereinheit - Viele Produkte arbeiten mit Multithread-Daten, und es kann schwierig sein, einen zuverlässigen Betrieb jedes Streams zu erreichen. DipJar sollte eine Kreditkarte in wenigen Sekunden lesen, dh es gibt einen Strom von Mobilfunkdaten und einen Strom von Datenverwaltungsmatrixanzeige und Audio-Feedback.

6. API / Netzwerk - dedizierte Kommunikationsfunktionen mit verschiedenen Webdiensten. Viele Produkte verfügen über eine bidirektionale Kommunikation: Wenn Geräte mit dem Server kommunizieren, kommuniziert der Server mit den Geräten. Der Aufbau einer organisierten, rationalen API garantiert die Effektivität und Stabilität der Kommunikation.


Abbildung 3.16 Iterationen: Arbeiten an Fehlern und Beheben von Fehlern

Oft wird nach der ersten Montage eines funktionierenden Prototyps ein Meer von Fehlern festgestellt. Manchmal hat die Spezifikation unvollständige / falsche Anforderungen, oder die Komponenten erfüllen möglicherweise nicht die Anforderungen der Spezifikation. Normalerweise werden 3-4 Prototypen mit vollem Funktionsumfang erstellt, bevor die endgültige Entwicklungsphase erreicht wird.


Abbildung 3.17 Der endgültige funktionierende Prototyp

Als Ergebnis der Arbeit sollte der Prototyp die Machbarkeit der Massenproduktion eines zuverlässigen Produkts bestätigen. Auf dem Foto oben - der endgültige funktionierende Prototyp mit noch unvollendeten Details (ein roter Pfeil zeigt unscharfe LEDs, grauen Kunststoff, zu große Nähte an einem Metallgehäuse an), aber dieses Produkt ist bereits mit dem Mobilfunknetz verbunden und verfügt über eine zuverlässige API für die Arbeit mit der Karte.

Wenn ein funktionierender Prototyp alle Spezifikationen erfüllt, ist es Zeit, sich für die Produktion vorzubereiten. Weiter zu Teil 4: Validierung

Dies ist der dritte von vier Artikeln zur Entwicklung physikalischer Produkte. Wenn Sie Teil 1: Eine Idee formulieren oder Teil 2: Design verpasst haben, lohnt es sich, sie zu lesen. In Kürze können Sie mit Teil 4: Validierung fortfahren. Gepostet von: Ben Einstein. Original Twitter Medium Übersetzt von den Teams des FABINKA Fablab und des RUKI Projekts.